CN101118305A

CN101118305A - 基于平面光波回路的波长选择开关

Info

Publication number: CN101118305A
Application number: CNA2007101431118A
Authority: CN
Inventors: 巴泰勒米·方达; 道格拉斯·E.·克拉夫茨; 埃里塞欧·兰奈利
Original assignee: Flex Products Inc
Current assignee: Flex Products Inc; Viavi Solutions Inc
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2008-02-06
Also published as: JP2008040500A

Abstract

本发明是对标准阵列波导光栅(AWG)的改进，它是将经输入AWG射入的每个波长分量会聚至平面光波芯片(PLC)内的一个罗兰环，在此环处放置有分立的波导，后者将每个波长分量沿一直线会聚在PLC芯片之外。在焦点位置放置有一个MEMS反射镜或其他转向元件的阵列，用以将每个波长信道独立地转回所选择的任意数量的输出AWG，输出AWG与输入AWG在同一个PLC芯片上生成。

Description

基于平面光波回路的波长选择开关

对相关申请的交叉引用

[1]本发明要求于2006年8月3日提交的美国专利申请60/821,346号的优先权，在此通过参考将其合并入本申请中。

技术领域

[2]本发明涉及波长选择开关(WSS)，具体而言，涉及一种基于平面光波回路(PLC)技术的WSS。

背景技术

[3]常规的光波长色散装置，如在2000年8月1日授予Solgaard等人的6,097,859号、2002年12月24日授予Bouevitch等人的6,498,872号、2004年3月16日授予Ducellier等人的6,707,959号、2004年10月26日授予Bouevitch的6,810,169号、授予Solgaard等人的6,922,239号以及2006年3月21日授予Danagher等人的7,014,326号美国专利中所披露，是将一多路复用的光束分为各组分波长(constituent wavelength)，然后将各波长或波长组(可能已改动或未改动)经该装置引回到一个所需的输出端口。典型情况下该装置的后端带有独立控制装置，例如微机电(MEM)微反射镜阵列(用于将所选择的波长重新引导到若干输出端口中的一个)或液晶盒阵列(用于阻断或衰减所选择的波长)。

[4]对于波长阻断器(WB)或动态增益均衡器(DGE)，前端单元可以包含具有循环器的单个输入/输出端口或一个输入端口与一个输出端口。典型情况下前端单元将包含一个偏振分集单元，用来将输入光束分为两个子光束，并确保两个子光束具有相同的偏振状态。WB或DGE的后端单元是一个液晶晶元阵列，该阵列可以独立地将经前端偏振分集单元传回的波长信道的偏振状态转换为部分衰减或完全阻断的选择信道。WB和DGE后端单元的例子在2006年3月21授予Danagher等人的7,014,326号、2002年12月24日授予Bouevitch等人的6,498,872号以及2004年10月26日授予Bouevitch的6,810,169号美国专利中披露，在此通过参考将其合并入本申请中。

[5]阵列式波导衍射光栅(AWG)由Dragone发明，是在平面光波回路芯片上将一波导色散阵列与输入和输出“星形耦合器”组合。AWG可以同时作为DWDM解复用器和DWDM复用器，如Dragone在5,002,350号美国专利(1991年3月)中所教导，在此通过参考将其合并入本申请中。

[6]为提高针对环境因素的可靠性和稳健性，最好在一个平面光波回路(PLC)的单片上执行尽可能多的所需功能。然而，迄今仍没有将MEMS阵列集成在PLC上的实用方法。因此，无论如何，来自所有端口的波长信道必须被映射至PLC之外的一个反射镜MEMS阵列上。

[7] 2006年4月11日授予Ducellier等人的7,027,684号美国专利和2004年12月16日公布给Ducellier等人的美国专利公布号为2004/0252938文件分别涉及单层和多层平面光波回路(PLC)波长选择开关(WSS)，分别在图1和2中例示。图1中所示的单级装置1包括PLC 2，它中间有一个输入AWG，在输入AWG的任一侧有多个输出AWG。发至输入AWG内的输入光信号被色散为多个组分波长，再以不同的角度经透镜3被引导至一个可倾动反射镜4的阵列。光线在一个方向(如垂直)由与PLC 2相邻的第一柱面透镜5准直，而柱面切换透镜6则将水平方向的输出光会聚在可倾动反射镜4上。每一波长信道落在一个不同的可倾动反射镜4上，后者将各波长信道经透镜3引回至需要进行重组的任何一个输出AWG，并由一个输出端口输出。对于单级装置，可倾动反射镜4绕单个轴转动，以将波长信道重新引导至色散面(即PLC 2的平面)内。

[8]如图2所示的两级装置11，包括与PLC 2类似的第二PLC 12，它叠加在PLC 2上方，并带有多个输入或输出AWG及端口。第二柱面透镜15叠加在第一柱面透镜5上方，用于将光束会聚至第二PLC 12上所配的输出AWG上。对于两级装置，可倾动反射镜14绕两个垂直轴转动，以将处于色散面(如上所述)内并与色散面成一锐角的波长信道转向至一个与色散面(即PLC 12的平面)平行的平面内。

[9]在上述Ducellier的装置中，AWG终止于芯片边缘的直线阵列中，而在AWG输出处没有曲率，“焦点”在无限远处。相应地，需要一个外部大块光学透镜不仅作为简单的场镜，还作为一个完全(空间)傅立叶转换透镜。由此，不仅外部透镜需要被极好地校准(即相对昂贵，且对失准极其敏感)，而且光路的大部分必须处于空气中。

发明内容

[10]本发明的一个目的是克服现有技术的缺点，即在信道波导与板条波导之间的界面处提供虚拟光瞳，用于将每个波长信道会聚在芯片之外的某个点。

[11]相应地，本发明涉及一种波长色散装置，它包括：

[12]第一平面光波回路PLC芯片，包括：

输入端口，其用于发射包含多个波长信道的输入光信号；

输入阵列式波导光栅AWG结构，其用于对所述多个波长信道进行色散，所述输入阵列式波导光栅AWG结构包括：输入板条波导区，所述输入板条波导区被光耦合至所述输入端口；第一信道波导阵列，所述第一信道波导阵列从所述输入板条波导区延伸出；和输入/输出板条波导区，所述输入/输出板条波导区用于引导在所述第一信道波导阵列与所述第一PLC芯片的第一边缘之间的所述经色散的波长信道，其中所述第一信道波导阵列与所述输入/输出板条波导区之间的界面呈曲线以提供光功率，所述界面将所述波长信道沿所述PLC芯片之外的弯曲焦面会聚；

第一组多个输出AWG结构，其用于将所选择的波长信道组合为输出光信号，每个输出AWG结构包括：所述输入/输出板条波导区，所述输入/输出板条波导区用于引导来自所述第一PLC芯片的所述第一边缘的所述经色散的波长信道；第二信道波导阵列，所述第二信道波导阵列从所述输入/输出板条波导区延伸出；和第一输出板条波导区，所述第一输出板条波导区用于引导在所述第二信道波导阵列与所述PLC芯片的第二边缘之间的所述输出光信号，其中所述第二信道波导阵列与所述输入/输出板条波导区之间的界面呈曲线以提供光功率；以及

第一组多个输出端口，其用于输出所述输出光信号。

[13]第一切换元件阵列，用于将每个光波信道由第一输入光信号独立地转向至所选择的第一输出阵列式波导光栅，形成第一输出光信号，以输出相应的第一输出端口；以及

[14]场镜，位于PLC芯片的第一边缘与第一切换元件阵列之间，用以将波长信道的焦面由曲线变为沿着限定第一切换元件阵列的直线。

附图说明

[15]下文将参照附图对本发明进行更为详细的介绍，附图所示为优选实施方式，其中：

[16]图1为常规PLC WSS的平面图；

[17]图2为常规多层PLC WSS的侧视图；

[18]图3为依据本发明而没有校正的光学器件的PLC芯片的平面图；

[19]图4为图3中PLC的光线图；

[20]图5示出了通过将场经波导/空气界面会聚而引入的球面像差；

[21]图6为依据本发明的PLC WSS的平面图；

[22]图7为图6中PLC WSS的光线图；

[23]图8为依据本发明的另一种PLC WSS实施方式的平面图；

[24]图9a示出了输入光信号由AWG的信道波导到板条波导区内的色散；

[25]图9b示出了使AWG的信道波导与输出板条区之间界面发生弯曲的效应。

[26]图9c示出了经PLC芯片边缘到无引导区内的折射，它可以在与PLC芯片边缘稍小距离处实际放置与AWG光瞳同样大小的虚拟光瞳；

[27]图10示出了依据本发明的一种全旁轴模型，其中虚拟光瞳将波长信道的光线会聚至EFLAWG，空气距离处的一个平面；

[28]图11a和11b示出了图8中PLC WSS的板条波导区内周期性分段放置的板条段的平面图；

[29]图12为图8中PLC WSS的板条波导区的侧视图。

[30]图13为图8中PLC WSS的板条波导区内周期性分段放置的板条段的侧视图；

[31]图14为依据本发明的另一种PLC WSS实施方式的平面图，其中光被切换至快速端口；

[32]图15为图14中PLC WSS的平面图，其中光被切换至插/分(ADD/DROP)端口；

[33]图16a和16b示出了依据图15的剖开镜(split mirror)组件的替代实施方式；

[34]图17a至17c示出了依据图14中PLC WSS的切换楔。

具体实施方式

[35]本发明延伸了标准阵列波导光栅(AWG)的概念，它是将每个波长分量会聚至芯片内的罗兰环，在此放置有分立的波导，后者将每个波长分量会聚在芯片之外，然后在焦点位置放置MEMS反射镜阵列。参见图3，依据本发明的基本装置21包括有PLC芯片22，在PLC芯片22的边缘上有输入端口23，可将第一AWG 24光耦合至输入光纤26。包含一个或多个波长信道的输入光信号由输入光纤26经输入端口23发射至AWG24内，并在入口板条波导段27内一维衍射至信道波导阵列28。信道波导28的输出与一长形输出板条波导区29沿一界面连接，该界面为曲面，形成一个有光功率的虚拟子光瞳30，由此波长信道在平行于第一AWG 24或与之重合的色散面内折射出PLC芯片22之外，并在多点会聚，形成一个圆形轨迹，随波长的增长而排序，通常由31表示。

[36]参见图4，上方射线(虚线)表示从信道波导28阵列的端部(即虚拟光瞳30)以极端波长(如在设计光谱带短波长端)发出的光线，而中间的射线(虚线，线段中间为一点)表示中间波长轨迹，下方射线(虚线，线段中间为两点)则表示与上方射线所表示的波长相对的极端波长。应注意，上述成像适用于AWG 24的典型色散方向和平面；而对于将以垂直于PLC芯片22的方向或在垂直于它的平面内衍射出PLC芯片22的光的成像(即衍射出图3中的面)情况，则将在下文给出。

[37]从光学上讲，信道波导28、37a和37b与输出板条波导区29之间的弯曲界面具有光功率，即可以被视为虚拟光瞳，例如有光功率的曲面透镜，它随波长增加而倾动。虚拟光瞳指的是到达板条波导区的波导阵列，由它们所发出的光将产生一个“仅随波长倾动”的场，即除其方向之外它对每个波长均相同，其方向取决于AWG的色散，即波导之间的恒定延时。为确保对小幅倾动也可以实现此效果，输入AWG 24的波导信道阵列28内的相邻波导之间有恒定的延时。由此信道波导28、37a和37b的端部分别表示子光瞳或子透镜30、40a和40b，如图3中剖视略图所示。可将光瞳以可以选择光谱分辨率的方式划分，即给定子光瞳中的波导越多，光谱分辨率就越高。例如，在PLC芯片22上可以不是3个端口，而是5个端口，其光谱分辨率可以达到图3所示PLC芯片22的3/5。

[38]子光瞳30将对每个波长信道的光线进行色散，使由子光瞳30以给定波长发出的任何光束将以唯一角度发出。使AWG 24与输出板条区29(或69)之间界面达到弯曲的效果是在输入AWG 24的输出处实际放置一个透镜，而每个波长信道的光线束将会聚在一个点。

[39]理想情况下修正或转向元件的阵列(如倾动MEMS镜35的阵列)应被置于焦点处，即每个波长信道位置处放置一个，用于将每个波长信道经输出板条波导区29独立重定向至所需或所选择的多个输出AWG 36a和36b中的一个，或重引导回输入AWG24。因此，来自子光瞳30的一束代表一个或多个波长信道的光线会被反射至子光瞳40a或40b中的一个，用于重新组合并由所需的输出端口39a或39b输出。每个输出AWG 36a和36b分别包含信道波导阵列37a和37b，以及分别包含38a和38b的出口板条波导段。输出端口39a和39b可将出口板条波导段38a和38b分别光耦至输出光纤42a和42b。

[40]此外，MEMS反射镜35的阵列可以由其他光学切换元件取代，如硅上液晶(LCoS)相控阵列(如2006年3月30日颁布给Frisken等人的2006/0067611号美国专利出版物中所披露的内容，在此通过参考将其合并入本申请中)，或偏振旋转器阵列(如液晶晶元)，用以独立的旋转每个波长信道的偏振，由此可对一部分或整个波长信道进行阻断或切换。

[41]所示的实施方式包括一个输入和两个输出波导及端口；而更多的输入和输出波导及端口也属于本发明的范围。此外，为简单起见，端口和AWG均被称为“输入”和“输出”；而根据具体的应用，所有的端口和波导均既适用于输入信号，也适用于输出信号。

[42]然而，图3和4中所示的实施方式有缺点，会导致加工和/或成像困难。首先，每个波长信道的光束不会落在一条直线上，而是落在罗兰环的折射像31上，如图4所示。同样，不仅MEMS镜阵列35不会落在直线上，将输入端口与输出端口相连所需的角度范围也会变为与波长相关，由此MEMS镜的倾动角范围就要比远心系统要大，其中代表来自输入AWG24、给定波长的光线集合的所有锥体将平行到达一个焦点，即在此情况下相应罗兰环的半径为无穷大。

[43]第二，对焦点的特写(图5)显示，将场经波导/空气界面会聚而引入的球面像差是显著的。尽管这种具体设计的细节与本发明无关，作为参考应指出，这种特定光线集合的“最小模糊环”的直径为11微米。

[44]根据本发明为更好运行WSS，代表由芯片聚焦而成的场轨迹的环31必须通过某种形式的光学器件(如场镜)矫直为对应于波长信道转向器件阵列(如MEMS镜)的直线。除将聚焦场的轨迹矫直外，场镜也可以减小源自芯片/空气界面的球面像差。

[45]为解决上述问题，在PLC芯片22边缘与修正或转向元件35之间的WSS 51上添加外部场镜54，如图6所示。WSS 51的其他元件基本与图3所示的WSS 21中相同。其结果是，(此时为远心的)锥被拉直，从而使MEMS镜35阵列的给定目标宽度的所需镜倾动范围达到最小。此外，场镜54的选择和设计要使源自场镜54的球面像差与源自PLC芯片22和空气间界面所形成的球面像差符号相反。为进一步改善光学耦合，信道波导28、37a和37b与输出板条波导区29之间的界面由通常的环形被修正为更普通的圆锥形。为保持虚拟光瞳仅随波长转动的情况，而又保持其相同的形状，所有相邻的信道波导均有恒定的延时。此约束条件随后将在包含每个端口的AWG的各信道波导的设计中计算。

[46]优化信道/板条界面并引入简单柱面场镜54的综合最终结果是实质性地降低了聚焦点处所见的像差。如图7所示，极端波长下焦距处的最小模糊环由于这一特殊设计的原因以超过350的因子减小，即达到约30nm。柱面场镜54的组合对信道波导28与输出板条波导区29之间的界面进行调整，并设计信道波导28，以使相邻波导之间的延时恒定，由此输入AWG 24的结构可以将各单独波长在包含MEMs阵列35的平坦平面内会聚至远心、衍射受限的场。此外，该结构可使光多数时间留在PLC芯片22内，从而在几乎完全单片(所有均在一个芯片上)式解决方案中可以确保稳健性。

[47]然而不利的是，与输出板条区29相关的相当大的面积会显著增加PLC芯片22的成本。最大幅度降低成本的一种方式是在一个减小的PLC芯片62上配置一个减小的输出板条波导区69，即增加PLC芯片62与场镜54之间的无引导区，如图8中WSS 61所示。聚焦的质量预期要比有较长输出板条区的情况要差，但这是降低芯片成本的折中方案。图8实施方式中的其余元件均与图3和6中相同。

[48]来自输入AWG 24的信道波导28的端部(即子光瞳30)对输入光信号进行色散，使从该光瞳以给定波长发出的任何光束都以唯一角度发出，如图9a所示。使AWG24与输出板条区29(或69)之间的界面达到弯曲的效果是在输入AWG 24的输出处实际放置一个透镜，如图9b所示。假设MEMs阵列35被置于PLC芯片22的边缘处，波长色散场在对应于玻璃(即PLC 22内的材料)内有效焦距(EFL)的距离处聚焦，该距离等于(罗兰环31)曲率半径，如图9b所示。然而上述假设并不完全正确，因为场会在PLC芯片22边缘与无引导区(空气)之间的第二界面处发生折射。经PLC芯片22边缘进入无引导区的折射将在距PLC芯片22边缘稍小距离处实际放置一个与真实AWG光瞳30大小相同的虚拟光瞳30’，如图9c所示。如果子光瞳30被设置在距离PLC芯片22边缘的距离为D的地方，虚拟光瞳将位于距该芯片边缘的距离为D/n的地方，其中n为输出板条波导段29或PLC芯片22的有效板条折射率。虚拟光瞳/透镜30’所起的作用如同AWG 24在空气中构造一样，而有效焦距EFLAWG，空气小于罗兰环半径，为罗兰环半径的1/n。

[49]图10示出了依据本发明的一种全傍轴模型，其中虚拟光瞳30’将波长信道的光线会聚至EFL_AWG，空气距离处的一个平面。使所有波长的聚焦均平行于所述场镜54光轴OA的条件是虚拟光瞳30’出现在场镜54的前焦面上，即1倍EFL_FL处，且EFL_FL＜EFL_AWG，空气。这2个EFL之差示为-o，遵守关于场镜的一次成像条件：1/o+1/i＝1/EFL_FL。简化结果，i＝(EFL_FL/EFL_AWG，空气)(EFL_AWG，空气-EFL_FL)，其结果是焦距放大为M＝-i/o＝EFL_FL/EFL_AWG，空气。

[50]在PLC芯片22上可以放置附加的结构，以进一步改善组合光学模块51(或61)的光学性能和灵敏度。附加结构可以改善本发明中光纤26、42a和42b与光学模块51(或61)之间的光耦损耗，同时还可以减小非色散方向光的数值孔径，降低要求，并提高光学模块51的自由空间光学模块的性能。

[51]为了减小PLC芯片22(或62)的尺寸，选择较大的折射率差(即PLC芯片22的芯层与包层之间折射率之差)，以实现信道波导28、37a和37b较小的弯曲半径。但当试图光纤26、42a和42b的模式与信道波导28、37a和37b匹配时，该折射率差会导致不合需要的耦合损耗。

[52]“周期分段式波导模式扩张器分析(Analysis of Periodically Segmented Waveguide Mode Expanders)”，《光波技术》期刊，1995年10月，第10期，第13卷，Z.Weissman和I.Hendel(在此通过参考将其合并入本申请中)披露了可以减小光纤与波导间模式失配的二维锥形结构。

[53]在本发明的优选实施方式中，光被直接发射入AWG 24的入口板条波导段27中。为改善光纤26与入口板条波导段27的耦合，在光纤26与入口板条波导段27之间的接口处(即最近的输入端口23)配有周期性分段板条段(PSS)71。PSS 71具有基本均匀的周期，其中表示波导段宽度(a)与周期(P)之比的占空比由信道波导阵列28一侧的1减小至最接近输入端口23处的0至1之间的出口比(0.1至0.9，优选0.25至0.75之间)。该出口比取决于PLC芯片22与光纤26之间的折射率差异。

[54]例如：在将一条0.3％三角形(0.3％-delta)光纤与一个0.7％三角形波导耦合时，可发现出口比最佳值接近0.7。如果光纤26与PLC芯片22之间的折射率差较小，该出口比将自然接近于1，反之则较小。

[55]参见图12，PLC 22(或62)的横截面包括基片75，基片75支撑着夹在包层77之间的光纤芯区76。光纤芯区76限定出口板条波导段(如38a)和信道波导(如37a)。由出口板条波导段38a射出的光将有特定的数值孔径(NA)，它取决于PLC芯片22的折射率差，即光纤芯区(core)76与光纤包层(cladding)77之间的折射率之差。

[56]

NA = \sqrt{n_{core}^{2} - n_{cladding}^{2}}

[57]为减小PLC芯片22的尺寸，PLC芯片22的折射率差要大于光纤42a和42b的折射率差，以使信道波导37a和37b中弯曲半径较小。然而，较大的折射率差会导致较大的NA，从而对光学性能产生负面影响，如使光学像差更大，以及模块51(或61)的自由空间传播部分的稳定性较差，如对装置组合的倾动或位移更敏感。补偿大NA的一种方式是采用更为复杂的自由空间光学元件或组合，这将增加模块的成本和复杂性。

[58]在本发明的一种优选实施方式中，周期性分段板条段(PSS)81被置于出口板条波导段38a和38b与输出光纤42a和42b的界面处，即输出端口39a和39b，以减小和调节以非色散方向射出PLC芯片22的光的NA，如图12和13所示。PSS 81具有基本均匀的周期，其中表示波导段a与周期P之比的占空比由1(信道波导37a和37b阵列一侧)减小至最接近输入端口39a和39b处的0至1之间的出口比(0.1至0.9，优选0.25至0.75之间)。通过选用小于1的出口比，非色散方向的模式实际被扩张，从而减小了数值孔径，如图13所示。

[59]图14至16所示的本发明的一种具体实施方式涉及插/分复用器91，其中包括在PLC芯片104上生成的输入或公共(COMMON)AWG 101、输出或快速(EXPRESS)AWG102以及输入/输出或插/分(ADD/DROP)AWG 103。该装置的功能是使一个DWDM信道连续带(即一个连续的波长范围)可以以所需的中心波长(CW)和带宽(BW)由公共AWG 101被引向插/分AWG 102。所有与所需范围不对应的波长均以最小的衰减引至快速AWG 103。信号可以在从插/分AWG 103至公共AWG 101之间被插入，也可以在从公共AWG 101至插/分AWG 103之间被分出。在前一种情况下，对应于快速配置的信号从快速AWG 103输入，由公共AWG 101输出。而在后一种情况下，来自公共AWG 101的快速信号经快速AWG 103输出。

[60]公共AWG 101包括输入端口106、输入板条波导107和信道波导108的阵列，该阵列端部形成一个弯曲界面，即虚拟光瞳109。输入端口106被光耦至一波导110，如光纤。快速AWG 102包括输出端口111、输出板条波导112、信道波导113，该阵列端部形成一个弯曲界面，即虚拟光瞳114。输出端口111经耦合光学器件121光耦至一波导115，如光纤。插/分AWG包括输入/输出端口116、输入/输出板条波导117以及信道波导阵列118，该阵列端部形成一个弯曲界面，即虚拟光瞳119。输入/输出端口116被光耦至一波导120，如光纤。光瞳109、114和119被光耦至带有板条波导区122的PLC芯片104的边缘。如上所述的周期性分段波导结构可以被添加到板条波导107、112和117上，以改善光耦损耗并减小非色散方向的数值孔径。

[61]图14示出了由公共AWG 101和快速AWG 102发出、经光学系统在焦面或镜面125上聚焦的信号的光线轨迹。该光学系统包括柱面透镜131(在垂直于PLC板条模式的方向即快轴上起作用)和透镜组132和133(在平行于PLC板条模式的方向即慢轴上起作用)。理想情况下，所有波长的场都将在镜面125处形成收敛，波长信道空间上分离。如图14所示，反射镜125垂直于透镜132和133的光轴OA。此外，来自反射镜125法向以上的公共AWG 101的所有光线均与以相等但反向角度来自快速AWG 102的光线相匹配，即“远心”情况，此情况对所有波长均有效。由此，发自公共AWG 101的所有波长的信号均将在处于光学设备中间面的反射镜125上反射，再经快速AWG 102离开，反之亦然。

[62]如果反射镜125相对光轴OA倾动一个适当的量，如图15所示，所有波长的聚焦仍然会对准，但从公共AWG 101发射的信号不会经快速AWG 102离开，而是将被映射至位于公共AWG 101和快速AWG 102之间的插/分端口103。因此，在公共AWG101被光耦至插/分AWG 103或快速AWG 102之间的全部区别就在于处于中间面上的反射镜125的倾动角。

[63]为将所需的一个波长子集由公共AWG 101转向插/分AWG 103，包含转向元件136的剖开镜组件(图16a和图16b)被置于其路径上，而其余波长将由反射镜125反射至快速AWG 102。理想情况下，在公共AWG 101和快速AWG 102之间传送的波长要尽可能低损耗，而公共AWG 101和插/分AWG 103之间的波长则可以承受较大的损耗。

[64]图16a和16b示出了剖开镜组件的示例实施方式。上方(实线)光线表示预定要在公共AWG 101和快速AWG 102之间耦合的波长的主光线，而下方(虚线)光线则对应于预定在公共AWG 101和插/分AWG 103之间耦合的波长。在图16a中，上方光线经大的固定反射镜125反射，而下方光线则被可动反射镜136反射。如果可动反射镜136的形状类似三角形，一个方向比较宽(如进入纸面的方向)，则可以通过可动反射镜136的垂直位置选择所需的CW，而通过选择进/出纸面的位置选择所需的BW。由于与快速配置的低损耗原则相符，上方(实线)光线经固定(较大)反射镜125反射后可准确地在快速AWG 102上成像。然而，对图16a中由点划线所示的下方(虚线)光线虚光源位置的检查表明，反射光线相对其适当位置有所偏移(由此发生散焦)，从而导致部分损耗。以一个方向移动小反射镜136(如在纸面内向上或向下)，可调整CW；而以垂直方向移动小反射镜136(如进、出纸面)，则可调整BW。因此，通过一个二维调整机构，可以实现所需的功能。

[65]对基本可动反射镜思想的进一步改进在图16b中示出，其中折射棱镜138用于有效地控制由公共AWG 101射向插/分AWG 103的光束。固定反射镜125在两种配置下均采用，但那些在棱镜138上重叠的波长会经棱镜138折射，经固定反射镜125反射，再经棱镜138折射至插/分AWG 103，而其他所有波长均被引向快速AWG 102。这样不仅耦合更好(由在反射镜上截取的虚拟主光线证明)，而且反射角对于棱镜138的任何转动也很稳定(对一次)，从而有助于实现更为稳健的调节机构。

[66]反射棱镜138的制造在图17a至17c示出。开始时元件为梯形棱镜141，如图17a所示。将前镜面142和后镜面143打磨，对二者之间的锐角α有严格的控制。其他所有表面均仅进行精细研磨。之后沿第一侧面145和第二侧面146对结构进行进一步研磨。其余不对称棱锥138(图17c)为所需的光学调整机构。再次以一个方向(如在图16b平面内上下方向)移动棱锥138，可调整CW，而以垂直方向(如进、出纸面的方向)移动棱锥138，可调整BW。因此，通过一个二维调整机构，可以实现所需的功能。

Claims

1.一种波长色散装置，包括：

第一平面光波回路PLC芯片，所述第一平面光波回路芯片包括：

输入端口，其用于发射包含多个波长信道的输入光信号；

第一组多个输出端口，其用于输出所述输出光信号；

第一切换元件阵列，其用于将来自第一输入光信号的每个所述波长信道独立地转向至所选择的第一输出阵列式波导光栅结构，而形成所述输出光信号，以由相应的第一输出端口输出；以及

场镜，其位于所述PLC芯片的所述第一边缘与所述第一切换元件阵列之间，用于将所述波长信道的所述焦面由所述曲线变为沿着限定所述第一切换元件阵列的直线。

2.如权利要求1所述的装置，其中来自所述场镜的球面像差与来自所述PLC芯片与自由空间之间的界面的球面像差的符号相反。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述第一信道波导阵列与所述输入/输出板条波导区之间的所述界面为圆锥形，以改善输入与输出AWG结构之间的光耦合。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述第一信道波导阵列中的所有相邻信道波导之间的延时均恒定。

5.如权利要求1所述的装置，其中经所述PLC芯片的所述边缘的折射将在距所述第一边缘D/n处形成一个虚拟光瞳，其中n为所述输入/输出板条波导区的所述有效板条折射率，D为从所述第一边缘到所述界面的距离；且其中所述场镜的放置要使所述虚拟光瞳出现在所述场镜的前焦面上。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述输入板条波导区包括周期性分段板条段，所述周期性分段板条段的一端的占空比大致为1，以及所述周期性分段板条段的另一端的占空比在0至1之间，所述占空比取决于所述PLC芯片与被光耦至所述输入板条波导区的波导之间的折射率差。

7.如权利要求1所述的装置，其中每个所述输出板条波导区均包括周期性分段板条段，所述周期性分段板条段的第一端的占空比大致为1，以及所述周期性分段板条段的第二端的占空比在0至1之间，所述占空比取决于所述PLC芯片与被光耦至所述输入板条波导区的波导之间的折射率差，以减小从所述输出板条波导区射出的光的数值孔径。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述第二端的占空比在0.1至0.9之间。

9.如权利要求7所述的装置，其中所述第二端的占空比在0.25至0.75之间。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述第一切换元件阵列包括固定反射镜和可动元件，所述固定反射镜用于将第一光信号反射至所述第一组多个输出AWG结构中的一个，所述可动元件用于将第二光信号转向至所述第一组多个输出AWG中的另一个。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述可动元件可以沿第一方向作往复运动；且其中所述可动元件具有宽度可变的面，以在沿所述第一方向作往复运动期间调节所述第二光信号的通带。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述可动元件可沿第二方向作往复运动，以调节所述第二光信号的中心波长。

13.如权利要求10所述的装置，其中所述可动元件包含具有前、后面不平行的棱镜，所述棱镜用来对所述第二光信号进行重新定向。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述棱镜为不对称棱锥，以对所述固定反射镜反射的波长信道进行折射并将其返回。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述不对称棱锥可沿第一方向作往复运动；且其中所述不对称棱锥具有宽度可变的面，以在沿所述第一方向作往复运动期间调节所述第二光信号的通带。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述可动元件可沿第二方向作往复运动，以调节所述第二光信号的中心波长。